Что такое двухфазное управление двигателем

Оценка маломощных бесколлекторных, коллекторных и шаговых двигателей и их драйверов

20 сентября 2018

Какой тип маломощного двигателя постоянного тока выбрать из трех существующих? Это определяется поставленной задачей, но, вне зависимости от выбора, у STMicroelectronics найдется микросхема драйвера для любого из них.

Диапазон применений маломощных двигателей постоянного тока (DC) расширился в результате многих факторов. Во-первых, двигатели стали более эффективными и мощными благодаря новым магнитным материалам. Во-вторых, в связи с использованием интеллектуальных микросхем с интегрированными полевыми транзисторами (FET) управление двигателями стало более легким. В-третьих, несмотря на то, что в большинстве приложений интернета вещей (IoT) лишь регистрируются те или иные состояния, а потребности в движении не возникает, рост разнообразия приложений IoT привел к необходимости малогабаритных двигателей.

Что такое маломощный двигатель постоянного тока? Официального определения или стандарта нет, но универсальное понимание в индустрии таково: двигатель со среднеквадратичным (RMS) значением тока привода до 1 А и пиковым значением тока 2 А считается маломощным устройством. Эти цифры могут показаться достаточно большими по сравнению с потреблением соответствующей электроникой миллиамперных токов. Однако многие из вышеуказанных двигателей используются в приложениях с малым коэффициентом заполнения, чьи совокупные потребности в энергии довольно скромны, даже если собственные требования приложений к максимальной мощности намного больше, чем необходимо их электронной составляющей.

Области применения маломощных двигателей разнообразны: от электроники для развлечений – до стандартной продукции и изделий для ответственного применения. Вот несколько сфер, где они используются:

• беспроводные системы Smart HVAC;
• регулировка и тонкая настройка производственных процессов;
• научное приборостроение;
• игры и развлечения;
• роботизированные приводы;
• медицинское оборудование, например — для позиционирования зондов, для контроля потока жидкости и для лабораторной диагностики.

Структурная блок-схема устройства микрошагового управления двухфазным ШД

Структурная блок-схема устройства микрошагового управления двухфазным ШД приведена на рис. 5. Входной контроллер вырабатывает определенную последовательность импульсов, которую логический блок использует для формирования адресов ячеек постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), в которых хранятся коды фазных токов ШД текущего шага. С выхода ПЗУ эти коды загружаются в цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), на выходах которых формируются напряжения, пропорциональные токам фаз ШД. Эти напряжения усиливаются линейными усилителями мощности (ЛУМ) и через коммутаторы подаются на обмотки ШД. Одновременно логический блок вырабатывает коды управления коммутаторами, обеспечивая правильность подключения обмоток ШД к выходам ЛУМ.

Рис. 5. Структурная блок-схема устройства микрошагового управления двухфазным ШД

В современных системах управления ШД управляющий контроллер (часть блок-схемы, выделенная серым цветом) выполняется либо в виде дорогостоящей специализированной микросхемы, возможности которой ограничены (в смысле изменения коэффициента дробления), либо используются микроконтроллеры (МК). Современные МК имеют встроенные таймеры, ЦАП и т. д., которые можно использовать для реализации микрошагового режима практически с любым коэффициентом дробления (программными средствами без усложнения аппаратурного содержания) взамен специальных контроллеров [2, 4].

Достоинства плавных пускателей Siemens Sirius 3RW50552AB04

Устройства плавного пуска SIRIUS 3RW50 Basic Performance — это компактное решение для стандартных приложений. Они имеют двухфазное управление двигателем и охватывают диапазон мощности от 75 до 315 кВт (при 400 В).

Дополнительные модули HMI для установки в дверце шкафа управления, боковые коммуникационные модули (PROFINET, PROFIBUS, EtherNet / IP и Modbus) и либо аналоговый выход, либо термисторная защита двигателя обеспечивают максимальную гибкость.

Благодаря современной гибридной технологии переключения устройства плавного пуска SIRIUS 3RW50 обеспечивают эффективное переключение для долгосрочного энергосберегающего использования.

• Первая серия устройств плавного пуска со встроенной функцией безопасного отключения крутящего момента
• Повышенная защита при отключении электродвигателей
• Минимальные потери мощности и оптимизированное управление двигателем за счет исключения компонентов, использующих постоянный ток
• Компактная и наглядно-информационная компоновка панели управления
• Эффективная конфигурация и максимальная гибкость в области автоматизации
• Настраиваемые параметры отключения, встроенные диагностические функции
• Сниженная механическая нагрузка и оптимальный останов насоса
• Большая устойчивость системы — продолжает нормальную работу даже в условиях неустойчивости сетей снабжения
• Подходят для пуска взрывозащищенных двигателей с типом защиты «повышенная безопасность»

Индуктивные нагрузки

При выборе индуктивной нагрузки, представленной двигателем, решение проблемы режима плавного управления мощностными показателями мотора не всегда дается легко, что зависит от нескольких факторов, представленных:

• мощностными показателями движка;
• инерционностью нагрузочного уровня вала;
• реактивными обмоточными показателями;
• активными обмоточными показателями.

Управление двигателями постоянного тока

Оптимальным вариантом для решения практически всех перечисленных выше проблем является использование частотных инверторов.

Индуктивный тип схемы для управления двигателем ПТ не отличается особой сложностью по сравнению с частотным управлением, а также способен обеспечивать вполне приемлемую результативность.

Типы двигателей и как подобрать нужный двигатель

Существует две основные категории двигателей: переменного тока (AC) и постоянного тока (DC).

Двигатели постоянного тока были изобретены первыми и по-прежнему являются самым простым видом двигателей. DC двигатели приводятся в движение путем пропуска тока через проводник внутри магнитного поля. Основными типами электродвигателей постоянного тока являются щеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока. Энергия щеточных двигателей генерируется подключением противоположных полюсов источника питания для подачи отрицательных и положительных зарядов в коммутатор при его физическом контакте с щетками. Такие электродвигатели отличаются своей простотой и низкой стоимостью, но требуют частого техобслуживания, так как щетки нуждаются в регулярной чистке и замене. Для того, чтобы работа приборов была более надежной, эффективной и менее шумной, используют бесщеточные двигатели постоянного тока. Они легче по сравнению с щеточными двигателями при одной и той же выходной мощности, практически не требуют техобслуживания, но значительно дороже.

Двигатели переменного тока можно разделить на два основных типа: асинхронные и синхронные. Выделяют ещё один, менее распространенный тип — линейные AC двигатели.

Можно сказать, что AC двигатели состоят из двух основных частей: внешняя часть (статор) и внутренняя (ротор). Статор – это стационарная часть двигателя с катушками, на которые подается переменный ток для создания вращающегося магнитного поля. А ротор соединен с валом, который создает другое вращающееся магнитное поле.

Линейные двигатели схожи с вращающимися двигателями, но в них движущиеся и неподвижные части расположены по прямой линии, и в итоге они создают линейное движение.

Индукционные (асинхронные) электродвигатели называются таковыми, поскольку крутящий момент создается с помощью электромагнитной индукции. Они известны также как двигатели с короткозамкнутым ротором или фазным ротором.

Синхронные двигатели отличаются от асинхронных тем, что они работают с точной синхронизацией с частотой сети. Напротив, асинхронные двигатели используют индуктивный ток для создания магнитного поля и требуют некоторого «скольжения» (немного более медленного вращения), чтобы вызвать ток.